【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎頒給了日本吉野彰等三人,以表彰他們對鋰離子電池研發(fā)的卓越貢獻(xiàn)。
(1)自然界中主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰云母、透鋰長石和磷鋰鋁石等。為鑒定某礦石中是否含有鋰元素,可以采用焰色反應(yīng)來進(jìn)行鑒定,當(dāng)觀察到火焰呈________,可以認(rèn)為存在鋰元素。
A.紫紅色 B.紫色 C.黃色
(2)工業(yè)中利用鋰輝石(主要成分為LiAlSi2O6,還含有FeO、CaO、MgO等)制備鈷酸鋰(LiCoO2)的流程如下:
已知:部分金屬氫氧化物的pKsp(pKsp=-lgKsp)的柱狀圖如圖1。
回答下列問題:
①鋰輝石的主要成分為LiAlSi2O6,其氧化物的形式為________。
②為提高“酸化焙燒”效率,常采取的措施是________。
③向“浸出液”中加入CaCO3,其目的是除去“酸化焙燒”中過量的硫酸,控制pH使Fe3+、A13+完全沉淀,則pH至少為_______。(已知:完全沉淀后離子濃度低于1×l0-5)mol/L)
④“沉鋰”過程所獲得的“母液”中仍含有大量的Li+,可將其加入到“___________”步驟中。
⑤Li2CO3與Co3O4在敞口容器中高溫下焙燒生成鈷酸鋰的化學(xué)方程式為__________
(3)利用鋰離子能在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性,開發(fā)出石墨烯電池,電池反應(yīng)式為LiCoO2+C6 LixC6+Li1-xCoO2 ,其工作原理如圖2。
下列關(guān)于該電池的說法正確的是___________(填字母)。
A.電池反應(yīng)式中過程1為放電過程
B.該電池若用隔膜可選用質(zhì)子交換膜
C.石墨烯電池的優(yōu)點是提高電池的儲鋰容量進(jìn)而提高能量密度
D.充電時,LiCoO2 極發(fā)生的電極反應(yīng)為LiCoO2-xe-=xLi++Li1-xCoO2
E.對廢舊的該電池進(jìn)行“放電處理”讓Li+嵌入石墨烯中而有利于回收
【答案】A Li2O·Al2O3·4SiO2 將礦石細(xì)麿(攪拌、升高溫度或其他合理答案) 4.7 凈化 6Li2CO3+4Co3O4+O212LiCoO2+6CO2 CD
【解析】
(1)鋰元素焰色反應(yīng)是紫紅色;
(2) ①將硅酸鹽改寫成氧化物形式,按活潑金屬氧化物、不活潑金屬氧化物、二氧化硅、水的次序?qū),保證原子總數(shù)、化合價不變,按化合價分別寫化學(xué)式,如有多個原子,在前面加上系數(shù),使之成為倍數(shù);
②結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素分析;
③結(jié)合pKsp及沉淀完全時溶液中離子濃度低于1×l0-5mol/L計算即可;
④由流程可知將凈化后的溶液蒸發(fā)、濃縮得到Li2S;
⑤Li2CO3與Co3O4在有氧氣參與的情況下,高溫焙燒生成鈷酸鋰和CO2,結(jié)合電子守恒和原子守恒寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式;
(3) 根據(jù)電池反應(yīng)式知,負(fù)極反應(yīng)式為LixC6-xe-=C6+xLi+、正極反應(yīng)式為Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2,充電時,陰極、陽極反應(yīng)式與負(fù)極、正極反應(yīng)式正好相反,根據(jù)二次電池的工作原理結(jié)合原電池和電解池的工作原理來解答。
(1) 鋰元素焰色反應(yīng)顏色為紫紅色,故答案為A;
(2) ①LiAlSi2O6可表示為:Li2OAl2O34SiO2;
②采取將礦石細(xì)麿,酸化時并攪拌,以及升高溫度等措施,可提高“酸化焙燒”效率;
③已知pKsp[Al(OH)3]=33,pKsp[Fe(OH)3]=38,則Al3+溶液完全時溶液中c(OH-)=mol/L≈10-9.3mol/L,此時溶液的pH=4.7;而Fe3+溶液完全時溶液中c(OH-)=mol/L=10-11mol/L,此時溶液的pH=3,故控制pH至少為4.7時,能使Fe3+、A13+完全沉淀;
④由流程可知將凈化后的溶液蒸發(fā)、濃縮得到Li2S ,則應(yīng)將“沉鋰”過程所獲得的“母液”加入到凈化步驟中;
⑤Li2CO3與Co3O4在有氧氣參與的情況下,高溫焙燒生成鈷酸鋰和CO2,則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6Li2CO3+4Co3O4+O212LiCoO2+6CO2;
(3) A.過程1為鋰離子嵌入石墨中,結(jié)合圖②可知為充電過程,故A錯誤;
B.由電池反應(yīng),則需要鋰離子由負(fù)極移向正極,所以該電池不可選用質(zhì)子交換膜,故B錯誤;
C.石墨烯超強(qiáng)電池,該材料具有極佳的電化學(xué)儲能特性,從而提高能量密度,故C正確;
D.充電時,LiCoO2極是陽極,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為:LiCoO2- xe- =Li1-xCoO2+xLi+,故D正確;
E.由圖②可知,充電時鋰離子嵌入石墨中,故E錯誤;
故答案為CD。
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【題目】已知:H2(g)+F2(g)=2HF(g);ΔH= -270 kJ/mol,下列說法正確的是( )
A.氟化氫氣體分解生成氫氣和氟氣的反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B.1mol H2與1mol F2反應(yīng)生成2mol液態(tài)HF放出的熱量小于270kJ
C.在相同條件下,1mol H2與1mol F2的能量總和大于2mol HF氣體的能量
D.該反應(yīng)中的能量變化可用如圖來表示
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【題目】我國科研團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)苯乙烯與開鏈醚可實現(xiàn)如下的轉(zhuǎn)化反應(yīng),關(guān)于該反應(yīng),下列說法不正確的是
A.M屬于芳香烴
B.N的同分異構(gòu)中可能有醛類化合物
C.P分子中只含有兩種含氧官能團(tuán)
D.若R1、R2均為甲基,則P的分子式為C12H16O2
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【題目】在2L的密閉容器中,發(fā)生以下反應(yīng):2A(g)+B(g) 2C(g)+D(g)。若最初加入的A和B都是8 mol,在前10秒鐘A的平均反應(yīng)速率為0.12 mol/(Ls),則10秒鐘時,容器中B的物質(zhì)的量是
A.5.6 molB.6.8 molC.2.4 molD.3.2 mol
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【題目】近年來,為應(yīng)對溫室氣體排放問題和日益增長的能源需求問題,CO2綜合利用技術(shù)作為潛在的解決方案受到了研究者的廣泛關(guān)注。請按照要求回答問題
(1)CO常用于工業(yè)冶煉金屬,下圖是在不同溫度下CO還原四種金屬氧化物達(dá)平衡后氣體中與溫度(t)的關(guān)系曲線圖。下列說法正確的是________。(填序號)
A 工業(yè)上可以通過增高反應(yīng)裝置來延長礦石和CO接觸的時間,減少尾氣中CO的含量
B CO不適宜用于工業(yè)冶煉金屬鉻(Cr)
C 工業(yè)冶煉金屬銅(Cu)時較低的溫度有利于提高CO的利用率
D CO還原PbO2的反應(yīng)△H>0
(2)一定條件下Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2 “甲烷化”變廢為寶,最佳催化溫度是200℃~300℃左右,超過300℃催化劑會完全失活、反應(yīng)停止。向密閉容器通入v(CO2):v(H2)=1:4的反應(yīng)氣體,常溫進(jìn)料開始加熱,畫出生成甲烷的量隨溫度的變化曲線_________。
(3)在載人航天器中應(yīng)用電化學(xué)原理,以Pt為陽極,Pb(CO2的載體)為陰極KHCO3溶液為電解質(zhì)溶液,還原消除航天器內(nèi)CO2同時產(chǎn)生O2和新的能源CO,則陰極的電極反應(yīng)式為___________;室溫下H2CO3電離常數(shù)約為K1=4×10-7,K2=5×10-11,則0.025 mol·L-1的H2CO3溶液的pH約等于__________(不考慮第二步電離和H2O的電離)
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【題目】已知稀溶液中①H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) △H1=-57.3kJ·mol-1;
②Ba(OH)2(aq)+ H2SO4(aq)=BaSO4(s)+H2O(l) △H2下列結(jié)論正確的是
A.中和反應(yīng)的△H=-57.3kJmol-1B.△H2<△H1
C.△H2>△H1D.中和熱的數(shù)值與實際發(fā)生反應(yīng)的酸堿量有關(guān)
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【題目】把1 mol X氣體和0.5 mol Y氣體混合于2 L密閉容器中,發(fā)生如下反應(yīng):3X(g)+Y(g)nZ(g)+2W(g),2 min末生成0.2 mol W,若測得以Z的物質(zhì)的量濃度變化表示的平均反應(yīng)速率為0.1mol/(L·min),試計算:
(1)前2 min內(nèi),用X表示的平均反應(yīng)速率________;
(2)2 min末時Y的轉(zhuǎn)化率________;
(3)化學(xué)方程式中Z的化學(xué)計量數(shù)n________。
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【題目】肼(N2H4)是一種無色、易溶于水和具有強(qiáng)還原性的液體,沸點為113.5℃。廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥等領(lǐng)域。工業(yè)上利用尿素法生產(chǎn)肼,同時得到副產(chǎn)品Na2CO3·10H2O,其工藝流程如下:
完成下列填空:
制肼過程的反應(yīng)為:CO(NH2)2 + NaClO + 2NaOH → N2H4 + Na2CO3 + NaCl + H2O。
(1)將Cl2通入水中,所得溶液中具有氧化性的微粒是______________________。
(2)寫出I吸收時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式__________________________。為保證后續(xù)反應(yīng)充分,理論上需要通入氯氣與燒堿溶液的質(zhì)量之比應(yīng)為71:____。
(3)已知氯酸鈉有一定的氧化性。而在氯氣和燒堿反應(yīng)時,需控制反應(yīng)溫度防止氯酸鈉生成。原因是______、____________。
(4)上述流程合成的Na2CO3·10H2O中含有雜質(zhì)。若要檢驗雜質(zhì)的陰離子,選擇的試劑是________________________。
(5)Na2CO3·10H2O的純度可用氣體法測定,在一定溫度和壓強(qiáng)下,還需要測定的物理量___________________。
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【題目】某化學(xué)興趣小組制取氯酸鉀和氯水并進(jìn)行有關(guān)探究實驗。
實驗一 制取氯酸鉀和氯水
利用如圖所示的實驗裝置進(jìn)行實驗。
(1)制取實驗結(jié)束后,取出B中試管冷卻結(jié)晶,過濾,洗滌。該實驗操作過程需要的玻璃儀器有______。
(2)若對調(diào)B和C裝置的位置,_____(填“可能”或“不可能”)提高B中氯酸鉀的產(chǎn)率。
實驗二 氯酸鉀與碘化鉀反應(yīng)的研究
(3)在不同條件下KClO3可將KI氧化為I2或KIO3。該小組設(shè)計了系列實驗研究反應(yīng)條件對反應(yīng)產(chǎn)物的影響,其中系列a實驗的記錄表如下(實驗在室溫下進(jìn)行):
試管編號 | 1 | 2 | 3 | 4 |
0.20molL-1KI/mL | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
KClO3(s)/g | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 |
6.0molL-1H2SO4/mL | 0 | 3.0 | 6.0 | 9.0 |
蒸餾水/mL | 9.0 | 6.0 | 3.0 | 0 |
實驗現(xiàn)象 |
①系列a實驗的實驗?zāi)康氖?/span>______。
②設(shè)計1號試管實驗的作用是______。
③若2號試管實驗現(xiàn)象是溶液變?yōu)辄S色,取少量該溶液加入______溶液顯藍(lán)色。
實驗三 測定飽和氯水中氯元素的總量
(4)根據(jù)下列資料,為該小組設(shè)計一個簡單可行的實驗方案(不必描述操作過程的細(xì)節(jié)):_____。
資料:①次氯酸會破壞酸堿指示劑;
②次氯酸或氯水可被SO2、H2O2和FeCl2等物質(zhì)還原成Cl-。
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